KR102495646B1 - 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름 및 그 제조 방법 - Google Patents
친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름, 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 폴리올레핀계 신재수지로 구성된 필름과 폴리올레핀계 단일 재생수지 및/또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지로 구성된 필름을 공압출하여 생성된 다층 플라스틱 배리어 필름에 관한 것이다.
본 발명의 필름은 산소 및 수분 차단성이 개선되면서도 인장강도, 연신율, 및 마모저항의 우수한 물성이 유지되고 친환경적인 효과가 있으므로, 다양한 용도(식품용 포장용, 전자소재 포장용 등)로 이용되기에 적합하다.
본 발명의 필름은 산소 및 수분 차단성이 개선되면서도 인장강도, 연신율, 및 마모저항의 우수한 물성이 유지되고 친환경적인 효과가 있으므로, 다양한 용도(식품용 포장용, 전자소재 포장용 등)로 이용되기에 적합하다.
Description
본 발명은 친환경 유니소재(Uni-Material)를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 폴리올레핀계 신재수지로 구성된 필름과 폴리올레핀계 단일 재생수지 및/또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지로 구성된 필름을 공압출하여 생성된 다층 플라스틱 배리어 필름에 관한 것으로, 상기 다층 필름은 코팅층을 포함할 수 있으며, 포장재로 이용될 수 있다.
포장재는 그 목적에 따라 다양한 소재를 이용하여 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 그 중에서도 식품, 또는 전자소재 등을 포장하기 위한 포장재는 산소, 또는 수분이 포장재 내부로 흡수되면 포장물의 변질이나 손상이 발생하므로, 산소 및 수분 차단성이 매우 중요하다. 이를 위해 포장재 외부에 화학적 코팅제를 도포하거나 포장내 내부에 알루미늄 호일을 삽입하여 복합필름으로 제조하는 방법이 통용되고 있으나, 포장재 외부에 화학적 코팅제를 도포하는 경우에는 코팅제가 포장물(식품)에 접촉되어 인체로 유입될 위험성이 있고, 포장내 내부에 알루미늄 호일을 삽입하여 복합필름으로 제조하는 경우에는 접힘면에서 금속 재질의 날카로움으로 인해 포장 안정성이 현저하게 감소하고, 소재의 재활용이 어려우므로 환경 문제를 야기하는 문제점이 있다.
한편, 현대에는 급격한 포장재의 사용 증가와 함께 환경 문제가 대두되고 있어, 소재의 재사용이 가능한 친환경 포장재의 개발이 시급히 요구되는 실정이다. 대한민국의 연간 1인당 플라스틱 사용량은 132.7㎏으로 세계 1위에 달하고 있다. 폐플라스틱의 종류는 화학적 구조, 사용원료, 열적성질 등에 따라 구분할 수 있고, 폴리에틸렌(PE), 폴리플로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS), 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET), ABS 수지 등 6대 범용플라스틱이 생활폐기물의 90%를 차지하고 있지만 재활용율은 30%에도 미치지 못하여 대부분 매립, 소각되고 있다. 플라스틱을 매립할 경우 난분해성으로 쉽게 분해되지 않기 때문에 오랜 기간 환경 중에 존재하게 되고 소각 처리할 경우에는 이산화탄소 등의 2차 대기오염물질을 유발하기 때문에 지속적인 환경 오염이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 본 발명은 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 다층 플라스틱 배리어 필름은 폴리올레핀계 단일 재생수지 및/또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지를 이용하여 환경 문제의 해결에 크게 공헌하면서도 산소, 및 수분 차단 효과가 우수하므로, 포장재 조성물로서 크게 이용될 것으로 기대된다.
본 발명은 폴리올레핀계 재생수지를 이용하여 환경 문제의 해결에 크게 공헌하면서도 산소, 및 수분 차단 효과가 우수한 포장재 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름을 제공한다.
본 발명의 다른 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름을 포함하여 제조된 포장재를 제공한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구체예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구체예" 또는 "구체예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구체예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구체예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구체예에서" 또는 "구체예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구체예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구체예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
본 발명 내 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름을 제공한다.
상기 본 발명에서 “유니소재(Uni-Material)”란 소재부품 재질을 단순화·단일화하여 유해물질을 줄이고 재활용성을 높은 미래형 친환경 소재를 의미한다. 본 발명에서 상기 유니소재는 폴리올레핀(polyolefin)인 것이 바람직하고, 상기 폴리올레핀은 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸펜텐(polymethylpentene; PMP), 폴리 부텐-1(polybutene-1; PB-1), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer; POE), 폴리올레핀 플라스토머(polyolefin plastomer; POP), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene; PIB), 에틸렌프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber; EPDM)일 수 있으나, 올레핀으로부터 중합되어 제조된 폴리머의 유형이라면 크게 제한되지 않는다.
또한 상기 본 발명의 유니소재는 폴리올레핀계 단일 재생수지이거나, 또는 폴리올레핀계 단일 재생수지와 폴리올레핀계 신재수지가 혼합된 폴리올레핀계 혼합 재생수지인 것을 특징으로 한다. 상기 재생수지는 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸펜텐(polymethylpentene; PMP), 폴리 부텐-1(polybutene-1; PB-1), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer; POE), 폴리올레핀 플라스토머(polyolefin plastomer; POP), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene; PIB), 및 에틸렌프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber; EPDM)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나로 구성되는 재생수지일 수 있고, 또는 폴리에틸렌(polyethylene; PE), 폴리프로필렌(polypropylene; PP), 폴리메틸펜텐(polymethylpentene; PMP), 폴리 부텐-1(polybutene-1; PB-1), 폴리올레핀 엘라스토머(polyolefin elastomer; POE), 폴리올레핀 플라스토머(polyolefin plastomer; POP), 폴리이소부틸렌(polyisobutylene; PIB), 및 에틸렌프로필렌 고무(ethylene-propylene rubber; EPDM)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되는 재생수지일 수 있다.
본 발명의 상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 상기 유니소재를 포함하는 것을 특징으로 하며, 2층 이상으로 구성되는 다층 구조일 수 있다. 상기 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름은 최소 2개 층 중에서 어느 하나 이상을 유니소재로 구성한다. 이를 도식화하여 도 1 내지 도 10에 나타내었다. 도 1 내지 도 10에서, 폴리올레핀계 신재수지층(100)은 순수하게 폴리올레핀계 신재수지 조성물로 구성되는 층을 의미하고, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)은 순수하게 폴리올레핀계 재생수지 조성물로 구성되는 층을 의미하며, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)은 폴리올레핀계 신재수지와 폴리올레핀계 재생수지가 혼합된 조성물로 구성되는 층을 의미하며, 코팅층(400)은 코팅용 조성물로 구성되는 층을 의미한다. 도 1과 도 2는 2개 층으로 구성된 다층 플라스틱 배리어 필름을 나타내고, 상기 2개 층 중 어느 하나는 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이며, 다른 하나는 코팅층(400)인 것을 특징으로 한다. 도 3과 도 4는 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름을 나타내고, 상기 3개 층 중 어느 하나 이상은 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이며, 어느 하나는 코팅층(400)이며, 상기 코팅층(400)은 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단 또는 하단에 배치되어 외부로 노출되는 것을 특징으로 한다. 도 5와 도 6은 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름을 나타내고, 상기 3개 층 중 어느 하나 이상은 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이며, 어느 하나는 코팅층(400)이며, 상기 코팅층(400)은 다층 플라스틱 배리어 필름의 내부에 배치되어 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 한다. 도 7과 도 8은 4개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름을 나타내고, 상기 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되며, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되어 외부로 노출되지 않는 것을 특징으로 한다. 도 9와 도 10은 5개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름을 나타내고, 상기 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되며, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되어 외부로 노출되지 않으며, 상기 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)과 코팅층(400) 사이에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 추가로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 다층 필름으로 구성됨으로써 재생수지 사용으로 인한 기계적 물성의 저하를 억제할 수 있고, 구성을 다변화할 수 있다. 또한 다층 필름의 정전기 발생을 저감 및 억제하기 위한 대전방지제를 포함하거나, 식품 포장재로 이용 시 제품을 보호하기 위해 외부에 노출되는 외층면을 식품에 무해한 폴리올레핀계 수지 단독 층으로 구성하는 등의 선택이 가능하다. 이 때, 상기 폴리올레핀계 수지 단독 층은 폴리올레핀계 신재수지층(100), 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)일 수 있다. 상기 대전방지제는 영구대전방지 폴리머, 영구대전방지 폴리머의 유도체, 및 영구대전방지 폴리머의 공중합체로 이루어진 군에서 하나 이상 선택될 수 있다. 영구대전방지 폴리머는 금속염으로 이루어진 대전방지성 물질을 포함하는 첨가제로서, 표면 접지현상 발생시 3차원 그물망 내에 존재하고 있는 이온이 자율적으로 표면으로 이동하여 정전기 발생을 억제시킨다. 상기 영구대전방지 폴리머는 전도성 고분자일 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 고분자의 본래 특성인 가볍고 가공이 쉬운 장점을 유지한 채 전기를 통하는 고분자로서 그 예로는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 본 발명의 상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 내부에 코팅층(400)을 포함할 수 있고, 코팅층(400) 상단 또는 하단에 다른 공압출 층을 합지하여 코팅층(400)을 보호할 수 있다. 이 때, 상기 코팅층(400)의 상단 또는 하단에 공압출되는 층은 폴리올레핀계 신재수지층(100), 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)일 수 있다. 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름이 3개 층 이상으로 제조되는 경우에 상기 코팅층(400)은 내부에 배치되어 외부로 노출되지 않는 것이 바람직하다. 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름은 코팅층(400)을 내부에 배치함으로써 외부의 충격이나 노출로 인한 코팅층의 손상을 최소화하며, 방오-방습 배리어성을 장시간 유지 보존하는 효과가 있다. 상기 코팅층(400)은 수성 용재를 사용하여 친환경적이며 재활용이 가능하다.
또한 상기 본 발명의 상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 두께 10 내지 1,000 ㎛로 제조될 수 있다. 보다 바람직하게는 20 내지 500 ㎛로 제조될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 30 내지 250 ㎛로 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조방법을 제공한다. 이를 도식화하여 도 11 내지 도 12에 나타내었다. 도 11은 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름을 제조하는 공정도를 나타내고, 이는 필름의 내측을 형성하는 폴리올레핀(PO) 필름의 압출공정(S100), 필름의 외측을 형성하는 폴리올레핀 필름의 압출공정(S200), 방오-방습 배리어성 코팅용 조성물을 폴리올레핀 필름에 코팅하는 공정(S300), 및 코팅된 내측 폴리올레핀 필름과 외측 폴리올레핀 필름의 합지라미네이션 공정(S400)을 포함한다. 상기 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조 공정에서 폴리올레핀 필름을 포함하는 층은 폴리올레핀계 신재수지층(100), 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)일 수 있다. 그러나 바람직하게는 상기 본 발명의 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름은 폴리올레핀계 신재수지와 폴리올레핀계 단일 재생수지, 또는 폴리올레핀계 혼합 재생수지를 공압출(Co-Extrusion)하여 제조되는 것을 특징으로 한다. 상기 공압출은 캐스팅 공압출Casting Co-Extrusion), 또는 블로운 공압출(BLOWN Co-Extrusion)일 수 있고, 블로운 공압출로 제조되는 경우에 구체적으로는 공냉식(Up-상향식)공압출, 또는 수냉식(Down-하향식)공압출일 수 있다. 도 12는 상기 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조 공정에서 방오-방습 배리어성 코팅용 조성물을 폴리올레핀 필름에 코팅하는 공정(S300)을 수행하기 위한 코팅용 조성물을 제조하는 공정도를 나타낸다. 이는 방오-방습 배리어성을 부여하는 유기고분자 혼합물을 합성하는 1단계(S310), 에틸알코올 및 증류수를 혼합하여 교반하는 2단계(S320), 상기 1단계의 혼합물과 2단계의 혼합물을 교반하여 코팅용 조성물을 혼합하는 3단계(S330), 및 코팅 공정(S300) 직전에 수성배리어성 가교제를 교반하는 4단계(S340)를 포함한다. 구체적으로, 상기 방오-방습 배리어성을 부여하는 유기고분자 혼합물을 합성하는 1단계(S310)는 폴리아크릴산, 폴리비닐아민, 폴리비닐피리딘, 및 폴리비닐알코올로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 선택하여 제조될 수 있고, 보다 구체적으로는 폴리비닐알코올, 수성폴리에스테르, 및 수성폴라우레탄을 혼합하여 제조될 수 있다. 상기 에틸알코올 및 증류수를 혼합하여 교반하는 2단계(S320)에서 상기 공용매로서의 에틸알코올은 메틸알코올, 이소프로필알코올, 프로필알코올, 및 부틸알코올로 구성된 군에서 선택되는 어느 하나 이상으로 대체될 수 있으며, 알코올의 일종이라면 제한되지 않는다. 이 때, 공용매로서의 알코올과 증류수는 1:1 동량 부피비로 혼합되는 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 상기 1단계의 혼합물과 2단계의 혼합물을 교반하여 코팅용 조성물을 혼합하는 3단계(S330)는 1단계의 혼합물 30% 내지 70%와 2단계의 혼합물은 70% 내지 30%를 부피비로 혼합하는 것이 바람직하고, 1단계의 혼합물 40% 내지 60%와 2단계의 혼합물은 60% 내지 40%를 부피비로 혼합하는 것이 더욱 바람직하며, 1단계의 혼합물 50%와 2단계의 혼합물 50% 부피비로 혼합하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 방오-방습 배리어성 코팅용 조성물의 제조 공정 중 1단계(S310) 내지 3단계(S330)는 상온의 온도에서 30 내지 60분간 교반하여 제조될 수 있다. 상기 코팅 공정(S300) 직전에 수성배리어성 가교제를 교반하는 4단계(S340)는 코팅 작업전 3단계(S330)의 조성물과 수성배리어성 가교제를 3 내지 5분간 교반하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름을 포함하여 제조된 포장재를 제공한다.
상기 포장재는 산소, 및 수분 차단성이 우수한 것을 특징으로 한다. 상기 포장재는 식품, 또는 전자소재를 포장하기 위한 포장재일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
폴리올레핀계 수지는 범용성과 높은 재활용 용이성이 있으나, 산소 및 수분 차단성에 한계가 있었다.
본 발명은 유니소재(Uni-Material)를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름, 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명의 필름은 산소 및 수분 차단성이 개선되면서도 인장강도, 연신율, 및 마모저항의 우수한 물성이 유지되고, 친환경적인 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 2개 층으로 구성된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개 층으로 구성된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)이 포함되고, 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 5개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되며, 상기 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)과 코팅층(400) 사이에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 추가로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 5개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되며, 상기 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)과 코팅층(400) 사이에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 추가로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조과정(S100 내지 S400)을 나타낸 공정도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플라스틱 배리어 필름에 포함되는 코팅 조성물의 제조과정(S310 내지 S340)을 나타낸 공정도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 2개 층으로 구성된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 외부로 노출되도록 배치되는 경우를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)이 포함되고, 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 3개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)이 포함되고, 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 4개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 5개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되며, 상기 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)과 코팅층(400) 사이에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 추가로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 5개 층 이상으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 단면도로서, 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단, 및 하단에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 배치되고, 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300), 및 코팅층(400)이 내부로 배치되며, 상기 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300)과 코팅층(400) 사이에 폴리올레핀계 신재수지층(100)이 추가로 배치되는 경우를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조과정(S100 내지 S400)을 나타낸 공정도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 플라스틱 배리어 필름에 포함되는 코팅 조성물의 제조과정(S310 내지 S340)을 나타낸 공정도이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
본 발명의 실시예에서는 재활용성이 우수한 유니소재인 폴리올레핀계 단일소재 수지 및 배리어성이 우수한 코팅접착층을 적층함으로서, 산소 및 수분 배리어 특성이 충분하게 확보되면서도 열접착이 용이하고 접착강도가 우수한 다층 플라스틱 배리어 필름을 제조하였다. 또한 본 발명의 실시예에서 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름을 이용한 포장재는 재생수지를 혼합 사용하였으므로 기존 필름 포장재의 범용성을 유지하면서도 친환경성 및 탄소저감 효과가 우수하다.
이하 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름을 실시예를 기초로 단계별로 상세히 설명한다.
실시예 1. 친환경 유니소재를 이용한 다층 플라스틱 배리어 필름 제조
폴리올레핀계 신재수지층(100), 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200), 폴리올레핀계 혼합 재생수지층(300), 또눈 코팅층(400)을 공압출하여 3개 층의 플라스틱 배리어 필름을 제조하였다(도 5 및 도 6 참조). 구체적으로, 폴리올레핀계 수지는 분자량 분포가 넓은 폴리에틸렌(broad orthogonal comonomer distribution polyethylene; BOCD PE)을 이용하였고, 상단(제1층)과 하단(제3층)이 폴리올레핀계 신재수지층(100)으로 구성되는 경우에 폴리에틸렌 조성은 선형 저밀도 폴리에틸렌(linear low density polyethylene; LLDPE) 90 부피%와 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene; LDPE) 10 부피%를 혼합하여 사용하였다. 상단(제1층)과 하단(제3층) 중 어느 하나가 폴리올레핀계 단일 재생수지층(200)으로 구성되는 경우에는 LLDPE 50 부피%와 폴리올레핀계 단일 재생수지(RECYCLED PE) 50 부피%를 혼합하여 사용하였다. 통상적으로 LLDPE는 강도와 가공성이 좋고, 광학성, 환경응력(플라스틱 제품 성형 시 생기는 불안정한 균열에 대한 저항성)이 우수하여 각종 산업용 포장재, 식품 포장재, 타포린코팅 등의 원료로 사용되고 있으나, 고가이다. 따라서 산업계에서는 LLDPE 함량을 줄이면서도 강도, 가공성, 광학성, 환경응력 등의 물성을 유지할 수 있는 방안을 고안하고 있다. 반대로 통상적으로 재생수지는 동일한 폴리머 종류의 신재수지에 비하여 강도가 약하다. 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름의 상단(제1층)과 하단(제3층) 사이에는 코팅층(400)을 배치하였다. 제2층에 코팅층(400)을 배치함으로써 LLDPE 함량을 줄이고 재생수지를 포함하면서도 강도, 가공성, 광학성, 환경응력 등의 물성을 유지할 수 있는 방안을 개발하였다. 상기 코팅층(400)은 1단계로 폴리비닐알코올 85%, 수성폴리에스테르 15%, 및 수성폴리우레탄 5%를 부피비로 교반하고(S310), 2단계로 에틸알코올 50%와 증류수 50%를 부피비로 교반하고(S320), 3단계로 상기 1단계의 조성물 50%와 상기 2단계의 조성물 50%를 부피비로 30~60분간 교반한 후(S330), 4단계로 상기 3단계의 조성물에 수성배리어성 가교제를 5 중량% 미만으로 3~5분간 교반하여 제조하였다(S340). 상기 4단계는 코팅 작업 전에 수행하였다.
추가로 코팅층 형성 시에 표면을 코로나 방전 처리하여 산화시킬 수 있다. 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름은 상기와 같이 코팅층을 필름의 내부에 포함함으로써, 상기 필름으로 포장재를 제조했을 때 코팅제가 포장물(식품)에 접촉되어 인체로 유입될 위험성을 차단하고, 포장 안정성을 증가시키는 효과가 있다.
제조된 필름의 20㎛, 또는 25㎛이며, 필름의 폭은 900㎜로 통일하였다.
실시예 2. 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름의 물성 확인
상기 실시예 1에서 제조한 다층 플라스틱 배리어 필름에 대하여 두께, 인장강도(Tensile Strength), 연신율(Elongation), 및 마모저항(Initial Tear)을 측정하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 두께는 KS M ISO 7214 기준으로 측정하였다. 인장강도는 ASTM D-882-83 기준으로 측정하되, 큐머시스 사의 QM100S-20을 사용하여 시료마다 MD/TD 방향으로 각각 9개 시험편을 채취 후 측정하고, 최대값과 최소값을 뺀 7개의 평균값을 기재하였다. 연신율은 ASTM D-882-83 Method A 기준으로 측정하되, 구체적인 측정 장비와 방법은 인장강도 측정과 동일하게 진행하였다. 마모저항은 ASTM D 257 기준으로 측정하되, 장비는 Agilent사의 Agilent-4339B를 사용하였다.
구분 | 기준 | 제조예 | ||||
LLD 90%+LD10% |
LLD 50%
+RECYCLED 50% |
|||||
두께 | 20㎛ | 25㎛ | 20㎛ | 25㎛ | 20㎛ | 25㎛ |
Tensile Strength (MD), N/cm² | 2,250 이상 |
1,960 이상 |
5,630 | 5,795 | 6,220 | 6,260 |
Elongation (MD), % | 300이상 | 300이상 | 475 | 505 | 333 | 358 |
Initial Tear (MD), N/cm (보통) | 640이상 | 640이상 | 1,130 | 1,275 | 1,063 | 1,070 |
시험 결과, 폴리올레핀계 재생수지가 포함된 본 발명의 다층 플라스틱 배리어 필름은 인장강도, 연신율, 및 마모저항의 모든 항목에서 KS 기준을 상회하여 우수한 물성을 나타내었다. LLD 90%+LD10% 조성으로 제조된 다층 플라스틱 배리어 필름과 비교하면, 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLD)의 함량이 약 45% 감소되었음에도 불구하고 오히려 더 증가된 인장강도를 나타내었다. 인장강도의 증가와 연신율의 감소는 과도한 늘어짐을 방지함으로서 필름, 또는 필름을 포함하여 제조된 포장재의 안정성을 강화시키는 요인으로 작용할 수 있다. 또한, 재생수지가 포함된 필름의 마모저항은 LLD 90%+LD10% 필름에 비하여 감소하는 것으로 나타나, 분해가 더 용이할 수 있음을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
100 : 폴리올레핀계 신재수지층
200 : 폴리올레핀계 단일 재생수지층
300 : 폴리올레핀계 혼합 재생수지층
400 : 코팅층
S100: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 필름의 내측을 형성하는 폴리올레핀(PO) 필름의 압출공정
S200: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 필름의 외측을 형성하는 폴리올레핀 필름의 압출공정
S300: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 방오-방습 배리어성 코팅용 조성물을 폴리올레핀 필름에 코팅하는 공정
S310: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 방오-방습 배리어성을 부여하는 유기고분자 혼합물을 합성하는 1단계 공정
S320: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 에틸알코올 및 증류수를 혼합하여 교반하는 2단계 공정
S330: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 상기 1단계의 혼합물과 2단계의 혼합물을 교반하여 코팅용 조성물을 혼합하는 3단계 공정
S340: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 코팅 공정(S300) 직전에 수성배리어성 가교제를 교반하는 4단계 공정
S400: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 코팅된 내측 폴리올레핀 필름과 외측 폴리올레핀 필름의 합지라미네이션 공정
200 : 폴리올레핀계 단일 재생수지층
300 : 폴리올레핀계 혼합 재생수지층
400 : 코팅층
S100: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 필름의 내측을 형성하는 폴리올레핀(PO) 필름의 압출공정
S200: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 필름의 외측을 형성하는 폴리올레핀 필름의 압출공정
S300: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 방오-방습 배리어성 코팅용 조성물을 폴리올레핀 필름에 코팅하는 공정
S310: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 방오-방습 배리어성을 부여하는 유기고분자 혼합물을 합성하는 1단계 공정
S320: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 에틸알코올 및 증류수를 혼합하여 교반하는 2단계 공정
S330: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 상기 1단계의 혼합물과 2단계의 혼합물을 교반하여 코팅용 조성물을 혼합하는 3단계 공정
S340: S300을 수행하기 위한 코팅용 조성물 제조 공정 중 코팅 공정(S300) 직전에 수성배리어성 가교제를 교반하는 4단계 공정
S400: 다층 플라스틱 배리어 필름 제조 공정 중 코팅된 내측 폴리올레핀 필름과 외측 폴리올레핀 필름의 합지라미네이션 공정
Claims (10)
- (a) 폴리올리핀계 수지로 구성된 필름을 준비하는 단계;
(b) 코팅용 조성물을 포함하는 필름을 준비하는 단계; 및,
(c) 상기 (a)의 필름과 (b)의 필름을 합지라미네이션하여 다층 필름을 제조하는 단계;를 포함하는 다층 플라스틱 배리어 필름의 제조방법으로서,
상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 3개 층 이상으로 구성된 다층 필름인 것이고,
상기 다층 중 하나의 층 이상은 폴리올레핀계 신재수지와 폴리올레핀계 재생수지가 혼합된 폴리올레핀계 혼합 재생수지로 구성되는 것이며,
상기 코팅용 조성물을 포함하는 필름은 다층 플라스틱 배리어 필름의 내부에 배치되는 것이며,
상기 코팅용 조성물은 폴리비닐알코올, 수성폴리에스테르, 수성폴리우레탄, 및 수성배리어성 가교제를 혼합하여 제조되는 것인, 제조방법.
- 제 1항에 있어서,
상기 폴리올리핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리 부텐-1, 폴리올레핀 엘라스토머, 폴리올레핀 플라스토머, 폴리이소부틸렌, 및 에틸렌프로필렌 고무로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 제조방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 코팅용 조성물은,
(가) 폴리비닐알코올, 수성폴리에스테르, 및 수성폴리우레탄을 혼합하는 단계;
(나) 알코올 및 증류수를 혼합하는 단계;
(다) 상기 (가)의 혼합액 30% 내지 70%와 (나)의 혼합액을 70% 내지 30%를 부피비로 혼합하는 단계; 및,
(라) 수성배리어성 가교제를 첨가하는 단계;를 포함하여 제조되는 것인, 제조방법.
- 삭제
- 폴리올리핀계 수지로 구성된 필름, 및 코팅용 조성물을 포함하는 필름을 포함하는 다층 플라스틱 배리어 필름으로서,
상기 다층 플라스틱 배리어 필름은 3개 층 이상으로 구성된 다층 필름인 것이고,
상기 다층 중 하나의 층 이상은 폴리올레핀계 신재수지와 폴리올레핀계 재생수지가 혼합된 폴리올레핀계 혼합 재생수지로 구성되는 것이며,
상기 코팅용 조성물을 포함하는 필름은 다층 플라스틱 배리어 필름의 내부에 배치되는 것이며,
상기 코팅용 조성물은 폴리비닐알코올, 수성폴리에스테르, 수성폴리우레탄, 및 수성배리어성 가교제를 포함하는 것인, 필름.
- 제 6항에 있어서,
상기 폴리올리핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리 부텐-1, 폴리올레핀 엘라스토머, 폴리올레핀 플라스토머, 폴리이소부틸렌, 및 에틸렌프로필렌 고무로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인, 필름.
- 삭제
- 제 6항의 다층 플라스틱 배리어 필름을 포함하는, 포장재.
- 제 9항에 있어서,
상기 포장재는 식품, 또는 전자소재의 포장용인 것인, 포장재.
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KR101710987B1 (ko) * | 2015-04-24 | 2017-03-02 | 한국생산기술연구원 | 고분자-클레이 복합체, 이를 이용한 배리어 필름 및 그 제조방법 |
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2022
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